As atividades de levantamento topográfico, locação de obras, navegação precisa, agricultura e monitoramento de estruturas, entre outras, requerem o conhecimento da trajetória de objetos móveis, com precisão centimétrica, ou melhor; a tabela 2.12 dá alguns exemplos. Ao se tornar viável esta capacidade abre-se um leque maior de possibilidades para o uso do posicionamento por satélite. O posicionamento relativo cinemático, sob determinadas condições, apresenta esta característica, havendo expectativas de que esta seja robustecida em um futuro próximo com a modernização e integração dos sistemas de posicionamento.
No método cinemático a antena pode ser montada em uma plataforma móvel, como por exemplo, barcos e aviões, ou em um bastão conduzido por uma pessoa. No monitoramento de estruturas, a antena pode ser afixada a um dado elemento estrutural de interesse e acompanhar os deslocamentos espaciais naquele ponto.
TABELA 2.12: EXEMPLOS DE PRECISÕES NECESSÁRIAS EM POSICIONAMENTO DE TRAJETÓRIAS EXEMPLOS DE APLICAÇÕES PRECISÃO NECESSÁRIA (m) - AMOSTRAGEM DE SOLO; - DETECÇÃO DE CARREADORES; - MAPEAMENTO DE CULTURAS. - BATIMETRIA; - NAVEGAÇÃO COSTEIRA;
- LOCALIZAÇÃO AUTOMÁTICA DE VEÍCULOS
± 1
- ESPALHAMENTO DE FERTILIZANTES MINERAIS; - POSICIONAMENTO DE PLATAFORMAS DE EXPLORAÇÃO
PETROLHIFERA;
- APLICAÇÃO DE PESTICIDAS; - CULTIVO DO SOLO.
- NAVEGAÇÃO AÉREA, EM APROXIMAÇÃO.
± 0,1
- PERFURAÇÃO, CRAVAÇÃO DE ESTACAS PRÉ MOLDADAS;
- ARAGEM;
- ESCAVAÇÃO DE VALAS; - TERRAPLENAGEM - ATRACAÇÃO DE BARCOS
- NAVEGAÇÃO AÉREA, ATERRISAGEM; - MONITORAÇÃO DE ESTRUTURAS.
± 0,01
- MONITORAÇÃO DE ESTRUTURAS cm a décimo de mm ou menos
Como em todo posicionamento preciso, depende-se aqui da observação da portadora. O cinemático, portanto, também depende da determinação das ambigüidades iniciais (N) presentes nas medidas de fase conforme abaixo representado: R p s a u p f N c cdt cdt cdt R D ⎟⎟+ε ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ + + + + = 2.52 onde: p
D distância observada através da fase da portadora; R distância satélite receptor;
u
cdt erro de sincronismo do relógio do receptor; a
cdt atraso de propagação atmosférica; s
cdt erro do relógio do satélite em relação ao tempo GPS;
c velocidade da luz; p
f freqüência da portadora
N ambigüidade (número inteiro de ciclos da onda portadora) e R
Os detalhes em maior profundidade podem ser verificados em WELLS (1996), LEICK (1995.) e SEEBER (2003).
O número inteiro de ciclos da onda portadora, existentes entre as antenas do satélite e do receptor no momento de início das observações, permanece como incógnita, mesmo nos métodos que proporcionam as soluções pela eliminação de parâmetros, diferenciando as observações de fase entre estações e satélites. Reside na solução desta incógnita grande parte da complexidade dos métodos para a precisa determinação de coordenadas.
SEEBER (2003) destaca que existem cinco principais categorias de abordagens para se implementar soluções de ambigüidades iniciais:
1. o método geométrico (busca no domínio das coordenadas);
2. combinações de códigos e fase da portadora (busca no domínio das observações);
3. métodos de busca das ambigüidades (busca no domínio das ambigüidades) e
4. métodos combinados entre as possibilidades acima.
Os métodos mais adequados para a resolução da ambigüidade, enquanto a antena se move, são baseados nas estratégias 2 e 3.
A eficiência de todos estes métodos será maior quanto mais se aproximar das seguintes condições:
1. a disponibilidade de satélites for maior do que seis (idealmente maior que oito);
2. os receptores estiverem separados por distâncias menores que 10 Km; 3. ausência de multicaminhamento e perdas de ciclo;
4. as condições ionosféricas forem favoráveis (baixa atividade) e; 5. os receptores possuirem baixo nível de ruído na medição dos sinais
A figura 2.13 mostra a quantidade de satélites GPS e GLONASS disponíveis no Brasil, na cidade de São Paulo em junho de 2006. Devido à combinação destas duas constelações verifica-se que na maior parte do dia há disponibilidade mínima de 9 satélites e o GDOP permanece abaixo de quatro, condição que se tem observado ser bastante favorável em termos de geometria.
Como estratégias para a remoção das perdas de ciclo, ou seja, das interrupções momentâneas na recepção dos sinais, as quais introduzem novas incógnitas N em uma sessão de observação, podem ser empregadas:
1. número de satélites maior ou igual a quatro durante toda a sessão de observação; 2. emprego de observações de mais de uma freqüência;
3. utilização de combinações de códigos com a portadora.
O emprego de equipamentos externos também pode auxiliar na recuperação de perdas de ciclo; como exemplo cita-se LACHAPELLE, SCHWARZ (1990) apud SEEBER(1993) e KEEL et al. (1989). Os equipamentos que podem ser empregados são:
1. relógios com ocilador de alta qualidade, como o rubídio ou o césio; 2. sistemas de navegação inercial;
3. altímetros barométricos.
Viabilizada a resolução de ambigüidade em movimento, isto permitiu aplicações em tempo real. Surgiu então o Real Time Kinematic (RTK), ou, cinemático em tempo real. Para este tipo de posicionamento é necessário proporcionar a transmissão de dados por telemetria do receptor base para o móvel. Emprega-se meios de transmissão de dados usando o formato RTCM SC-104 (Comite Especial 104 do Radio Technical Comission for Marine Services), versão 2.1 ou superior. As versões superiores do RTCM são mais adequadas por incluírem opções para transmissão de dados GNSS e de variação do centro de fase da antena.
A taxa de transmissão de dados mínima deve ser de 4800 bps (bites por segundo). Mas quanto mais informações por unidade de tempo maior deverá ser a taxa de transmissão, podendo ser necessário adotar velocidades de 19200 bps ou mesmo maiores devido à taxa de aquisição e quantidade de sinais observáveis. Além da velocidade de transmissão é necessário que o sistema tenha baixa latência, ou seja, curto período entre a observação pelo receptor base e o efetivo aproveitamento pelo móvel.
As freqüências de transmissão mais adequadas estão na banda VHF (very high frequency) 30 – 300 MHz e UHF (ultra high frequency) acima de 400 MHz, pois estas permitem maior volume e rapidez na transmissão de dados, bem como menor custo. O uso destas freqüências é controlado, sendo necessário em alguns casos obter permissão de uso ou se adequar a restrições de alcance.
Além das limitações de alcance impostas por restrições legais é necessário conviver com aquelas impostas pela topografia A comunicação entre os receptores é dependente da linha de visada entres as antenas: transmissora e receptora de dados; a comunicação pode ser racionalizada pelo melhor posicionamento de estações base ou repetidoras. Numa primeira etapa toma importância a verificação da linha de visada entre as estações de rádio, obtendo-se a distância em quilômetros conforme propõe LANGLEY (1998):
(
ht hr)
k
d = 573. + 2.53
onde:
d distância entre a estação transmissora e receptora;
k fator dependente da curvatura terrestre e da refratividade (1.2 a 1.6); t
h altura da estação transmissora e r
h altura da estação receptora
Contudo, a transmissão não é influenciada apenas pela curvatura terrestre, refração ou topografia, mas deve-se prever também a perda de potência, pois o sinal sofre atenuação em função da distância que separa as duas antenas.
Uma alternativa de comunicação pode ser a tecnologia GSM aproveitando-se um eventual declínio do custo das tarifas com o progressivo aumento do uso de suas aplicações.
A resolução da ambigüidade no método cinemático, tipicamente é feita por meio de testes de várias combinações de conjuntos de ambigüidades ou mesmo ternos de coordenadas. A busca é realizada a partir de uma estimativa a priori, seja das ambigüidades, seja das posições. Estes dois tipos de domínios onde podem
ocorrer as buscas são chamados de espaço matemático e espaço físico, respectivamente. A figura 2.14 apresenta um diagrama com a estratégia geral empregada para a resolução das ambigüidades no posicionamento OTF, ABIDIN (1993).
FIGURA 2.14: ESTRATÉGIA GERAL DE RESOLUÇÃO DA AMBIGÜIDADE NO OTF.
Fonte: Abidin (1993).
As diferenças entre as várias técnicas estão no âmbito dos critérios de aceitação e rejeição, empregados para encerrar o processo, diferindo em:
1. tipo e número de critérios;
2. formulação e aplicação de suas seqüências.
Estes métodos estão largamente descritos na literatura e têm sido implementados em programas tanto para fins comerciais quanto científicos. Em LEICK (1995), TEUNISSEN (1998), SEEBER (2003) e MÔNICO (2005) podem ser obtidas informações em maior profundidade.